Большая энциклопедия нефти и газа. Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов

При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т. е. трубопровода и аппаратов, через которые перекачивается жидкость.

Характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости Q и напором Н , необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Напор Н может быть определен как сумма геометрической высоты подачи Н г и потерь напора h п (см. уравнение 12а). Подставив значение скорости w из уравнения расхода (25) в уравнение (102), и обозначая V сек через Q , получим, что потери напора пропорциональны квадрату расхода жидкости:

где k – коэффициент пропорциональности.

Тогда характеристика сети выразится зависимостью, представляющей собой уравнение параболы:

Совмещение характеристик сети и насоса показано на рис. 8. Точка А пересечения этих характеристик называется рабочей точкой ; она отвечает наибольшей производительности насоса Q 1 при его работе на данную сеть. Если требуется более высокая производительность, то необходимо либо увеличить число оборотов электродвигателя, либо заменить данный насос на насос большей производительности. Увеличение производительности может быть достигнуто также путем уменьшения гидравлического сопротивления сети . В этом случае рабочая точка переместится по характеристике насоса вправо.

Насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка соответствовала требуемым производительности и напору в. области наибольших КПД.

Совместная работа насосов. На практике иногда применяют параллельное или последовательное соединение насосов, работающих на данную сеть.

При параллельном соединении общую характеристику насосов получают сложением абсцисс характеристик каждого из насосов для данного напора. На рис. 9, а показана характеристика двух одинаковых насосов, работающих параллельно. Совмещение характеристики сети с общей характеристикой насосов показывает, что рабочая точка В в этом случае соответствует производительности Q 2 , большей, чем производительность одного насоса Q 1 (точка А ). Однако общая производительность всегда будет меньше суммы производительностей насосов, работающих отдельно друг от друга, что связано с параболической формой характеристики сети. Чем круче эта характеристика, тем меньше приращение производительности. Поэтому параллельное включение насосов используют для увеличения производительности насосной установки, когда характеристика сети является достаточно пологой. Увеличение напора при этом незначительно.

При последовательном соединении насосов общую характеристику получают сложением напоров насосов для каждого значения производительности.

Рис. 9. Совместная работа насосов: а – параллельное соединение, б – последовательное соединение

На рис. 9, б представлена общая характеристика двух одинаковых насосов, соединенных последовательно. Точка пересечения этой характеристики с характеристикой сети (рабочая точка В ) соответствует суммарным напору и производительности (Н 2 и Q 2 ) последовательно соединенных насосов, работающих на данную сеть. При таком соединении насосов удается значительно увеличить напор, если характеристика сети является достаточно крутой.

Коэффициент быстроходности. Этот коэффициент, называемый также удельным числом оборотов n s представляет собой число оборотов такой геометрически подобной модели колеса, которая при одинаковом КПД и производительности 0,075 м 2 /с развивает напор 1 м. Коэффициент быстроходности является основной характеристикой серии подобных насосов, имеющих одинаковые углы и (см. рис. 5) и коэффициенты и .

Коэффициент быстроходности n s (мин -1) можно определить по уравнению

,

где п – число оборотов насоса, мин -1: Q – производительность насоса при максимальном КПД, м 3 /с; Н – полный напор насоса, м.

Из приведенного уравнения следует, что при постоянном числе оборотов колеса п коэффициент быстроходности n s возрастает с увеличением производительности и уменьшением напора. Поэтому в общем случае тихоходные колеса применяют для получения повышенных напоров при малой производительности, а быстроходные - для достижения высоких производительностей при небольших напорах,

Колеса центробежных насосов в зависимости от значения коэффициента быстроходности n s делятся на три основных типа:

Тихоходные....... 40…80

Нормальные...... 80…150

Быстроходные..... 150…300

Представляют собой устройства, применяемые для перемещения любого вида жидкостей. Практически в любой сфере промышленности, строительства, хозяйства или быта требуется проведение работ по подъему, подаче, перемешиванию воды любой степени загрязнения, жидких масс или различных веществ. Чтобы обеспечить эффективность выполнения данных работ, следует доверить подбор насоса специалистам, которые могут порекомендовать оптимальный вариант именно для конкретного использования.

Подбор насоса по назначению

Каждый покупатель четко представляет себе, для каких целей он приобретает насос, и с какими жидкостями этот насос будет иметь дело. Если насос приобретается для водоснабжения или откачки воды на дачном участке, то следует правильно осуществлять свой выбор. Все насосы можно разделить на:

• Насосы для чистой или слабозагрязненной воды
• Насосы для среднезагрязненной воды
• Насосы для сильнозагрязненной воды.

Если речь идет о водоснабжении дома, то выбирается насос для чистой воды, в которой не предусмотрено наличие твердых частиц. Вода для водоснабжения берется только из чистых источников, то есть из колодца или артезианской скважины. В зависимости от источника различают насосы

Основным различием между этими двумя видами является их размер. Если колодезные модели могут быть достаточно широкими и иметь большие габариты, то скважинные варианты представляют собой компактные устройства, которые могут поместиться даже в очень узкой скважине малого диаметра.

Если речь идет о подборе насоса для полива или пожаротушения, то вода для этих целей может забираться из любого источника, например, местного пруда. Такая вода может содержать большое количество ила, песка, глины или камней. Поэтому насос должен быть обязательно оснащен фильтром, который предотвратит засорение установки и устранит опасность ее поломки.

Подбор насоса по параметрам

При подборе насоса для конкретных целей большинство потребителей опираются на следующие параметры:

• Максимальный напор
• Максимальный расход.

При этом многие даже не догадываются о том, что эти характеристики являются второстепенными. Любой специалист может сформулировать главное правило, по которому осуществляется подбор насоса: выбирать его нужно по рабочей точке .

Рабочая точка насоса

Любой насос имеет рабочую точку – это некий показатель, при котором двигатель работает в оптимальном режиме, не испытывая перегрузок и с максимальным КПД. При движении в гидравлической системе напор воды встречает определенное сопротивление, которое должен преодолеть, неся потери из-за трения в трубопроводе, арматуре, теплообменниках. Важно подобрать модель насоса с такими техническими параметрами, которые будут оптимальны для работы с конкретным источником и конкретной гидросистемой, в которой каждый изгиб трубы или изменение ее диаметра может влиять на эффективность работы насоса.

В технической документации любого можно найти график, отображающий КПД насоса. Именно по нему можно определить рабочую точку данной модели. Подбор насоса следует начинать с точного определения задачи, поставленной перед данным оборудованием. Вы должны четко представлять:

• Какое количество воды требуется для вашей цели
• Какова высота подъема воды
• Какое расстояние должна преодолеть вода до точек водоразбора
• Каково количество точек водоразбора.

Если у вас нет возможности вычислить рабочую точку по графику КПД выбранной модели, то попытайтесь определить ее хотя бы приблизительно. Для этого максимальные параметры насоса разделите на два – и вы получите приблизительный показатель, согласно которому будете осуществлять подбор насоса.

Как вы видите, процесс подбора оптимальной модели насоса является сложным и часто бывает не под силу простому покупателю. Не стоит полагаться на свой собственный вкус или знания и подбирать насос на глаз. Вам всегда могут помочь специалисты, которые максимально точно смогут рассчитать рабочую точку любой модели и предложить вам тот вариант, который будет работать наиболее долго и эффективно.

К сожалению, ни с одним видом насосов не происходит столько отказов и выходов из строя, как с бытовыми погружными скважинными насосами. Причина не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не профессиональные проектировщики, а сами владельцы частных домов или недостаточно квалифицированный персонал монтажных организаций.

Откуда, например, неспециалисту знать, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в рабочий диапазон.

Надеемся, что данная статья поможет читателям избежать подобных ошибок.

Определение параметров

Во всех случаях для правильного выбора насоса, прежде всего, необходимо определить его рабочие параметры -- расход (Q) и напор (H).

Требуемый расход воды определяется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта, с учетом вероятности их одновременного использования.

В упрощенном расчете можно пользоваться следующими нормами водопотребления для сантехнических приборов:

• умывальник - 60 л/ч,
• смывной бачок унитаза - 83 л/ч,
• кухонная мойка - 500 л/ч,
• душ - 500 л/ч,
• ванная - 300 л/ч,
• поливочный кран - 1080 л/ч.
• Полив газонов и цветников требует 3- 6 м 3 воды на один м 2 , расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива.
• Сауна или баня потребует около 1000 л/ч.

Для расчета требуемого напора используется формула:

Нтр = Нгео + S + Нсвоб, где

Нгео - высота ввода трубопровода в здании относительно динамического уровня воды в скважине (численное выражение динамического уровня должно обязательно присутствовать в паспорте скважины);

S - сумма потерь напора на трение в трубопроводе и местные сопротивления (арматура, фасонные детали, фильтры и т.д.);

Нсвоб - напор, который необходимо создать на вводе в здание, с расчетом обеспечения на самой удаленной и высоко расположенной водоразборной точке давления 0,5 атм.

Параметры скважины принципиально важны для пользователя, так как используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины буровиками должны быть указаны такие параметры как статический уровень, динамический уровень, дебит скважины. Эти данные определяются экспериментально организацией, проводившей буровые работы. Очевидно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины использовался насос заведомо меньшей мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта в соответствии запросам потребителя. И хотя на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать сложно (это государственный документ, требующий множества разрешений и согласований), необходимо требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробные данные по скважине, в том числе - осведомиться и о мощности насоса, которым проводилась откачка воды при определении динамического уровня. Заключая договор на буровые работы, следует обращать внимание на наличие лицензии у подрядчика. Только серьезные фирмы всегда по окончанию работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, где четко прописаны все упомянутые характеристики, а также диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и т.д. - вплоть до рекомендованной марки насоса и глубины его установки.

Параметры требуемых Q и Н для дополнительного оборудования (джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, "дождевалки" и т.д.) указываются производителями. При установке водоочистных фильтров учитываются потери напора (обычно около 2 атм) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.

Пример расчета

Исходные данные:
Требуется обеспечить водоснабжение загородного участка с двухэтажным коттеджем (кухня, два санузла и душ с гидромассажем требуют расхода 1 м 3 /ч и напора 4-5 атм.), гаражом, домом для обслуживающего персонала (содержит санузел), баней, бассейном на 45 м 3 , поливом территории, системой водоочистки. На участке постоянно проживает семья из четырех человек и два человека из числа персонала. Для водоснабжения участка пробурена скважина глубиной 80 м; диаметр обсадной колонны - 150 мм; статический уровень - 46 м; динамический уровень - 50 м; расход, измеренный при откачке - 3,5 м 3 /ч.
Расчет:

С учетом норм расхода воды (см. в начале статьи) получаем суммарный расход и напор потребителей:

Qсум = 500 + 3 ґ (60 + 83 + 500) + 1000 + 1000 + 2 ґ 1060 = 6500 л/ч = 6,5 м 3 /ч

Нтр = 50 + 8 + 20 + 2 + 30 = 110 м

Ввиду невозможности и нецелесообразности использовать все водоразборные точки сразу, можно определить требуемый расход как 5 м 3 /ч.

Расчетным данным удовлетворяет насос SP 5А-33 (Q = 5 м 3 /ч, H = 120 м); его характеристика показана на рис. 1.

Этим обеспечивается достаточный расход для кухни, одного санузла и полива. (Подразумевается, что хозяева не будут одновременно с поливом территории из обоих кранов использовать баню и принимать ванную, мыться в душе и наполнять бассейн.) Для обеспечения давления на поливочные установки и гидромассаж дешевле использовать отдельные насосы - это позволит не держать под высоким давлением весь водопровод и сделает работу погружного насоса более стабильной, а систему гибкой и независимой (с помощью дополнительного насоса всегда можно получить высокое давление в любой точке разбора). Бассейн будет наполняться ночью. При этом с помощью задвижки на оголовке следует "задросселировать" насос (создать дополнительное сопротивление), чтобы при работе по заполнению бассейна подача не превышала допустимой - 6,5 м 3 /ч.

Если мощность завышена

Рис.1. Рабочие характеристики
правильно подобранного насоса.

Самостоятельный выбор насоса заказчиком, предъявляющим завышенные требования по расходу и напору, часто приводит к выбору насоса слишком большой мощности. В случае с рассмотренными выше исходными данными таким насосом может быть SP14А-25. Как уже говорилось, при установке модели завышенной мощности возможны осложнения.

Во-первых, так как при подобном выборе номинальная подача значительно превышает средние потребности по воде, насос будет работать в режиме частых включений/отключений. Фирмы-изготовители допускают до 30 включений насоса в час, но только в течение одного часа в сутки, при общем ограничении - 60 циклов за день. В любом случае частые включения негативно сказываются на ресурсе работы электродвигателя и пусковой автоматики. Для избежания этого потребуется установка мембранного бака большого объема.

Во-вторых, при завышенной мощности насоса, как следствие будет завышено и давление воды на вводе в дом. В момент пуска такого насоса неминуемо будут возникать сильные гидравлические удары. Некоторая арматура может быть просто не рассчитана на такое давление (посудомоечные и стиральные машины, смесители), потребуется дополнительная установка редукторов давления для снижения напора.

Рис.2. Насос подобран неправильно:
рабочая точка смещена вправо.

В третьих, во время наполнения бассейна, насос будет работать на "открытую трубу", не создавая при этом давления. В таких условиях наблюдается большой расход воды при минимальном давлении. Рабочая точка насоса смещается на кривой характеристики вправо, в область, несоответствующую рабочей зоне насоса (рис.2). Мощность на валу будет максимальной, и при длительной работе в таком режиме двигатель выйдет из строя.

Следствием применения насоса с завышенной мощностью будет общее удорожание всей системы, вызванное применением более мощной электротехнической аппаратуры, материалов и арматуры с большим допустимым рабочим давлением, увеличением диаметров трубопровода и скважины, а также удорожанием водоочистки.

Если номинальная подача насоса превышает дебит скважины, необходима установка дополнительной защиты по "сухому ходу". Дросселирование и настройка насоса приведут к перерасходу электроэнергии.

Иначе говоря, при обеспечении возможности одновременного использования всех водоразборных точек посредством установки насоса завышенной мощности, стоимость системы водоснабжения возрастает. При этом реальное водопотребление будет значительно меньшим.

Поэтому, хотя конечный выбор всегда останется за заказчиком, дешевле и правильнее выбирать насос с учетом реальных потребностей и при помощи специалистов. Удовлетворить требования пользователя к системе водоснабжения при соблюдении правил ее монтажа и эксплуатации можно, избрав оптимальный в данной ситуации насос с пологой рабочей характеристикой.

Для системы водоснабжения из рассмотренного выше примера может быть выбран насос SP 8А-25 (рис. 3). В зоне возможных подач (от 4 до 8 м 3 /ч) у этой модели кривая зависимости напора от расхода имеет пологий вид, то есть при малых расходах воды не случится слишком большого повышения напора. В то же время некоторый допустимый запас при расчете водопотребления исключит возможность нехватки воды.

Монтаж насоса и ввод в эксплуатацию

В любом случае, какой бы насос не был выбран, при монтаже необходимо выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. При вводе в эксплуатацию следует замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения любой емкости известного объема, например бочки), создаваемое давление (по показанию манометра на оголовке) и потребляемый при этом ток (замеряется токовыми щипцами).

Полученные характеристики сверяются с паспортными данными насоса по каталогу. При превышении рабочих параметров (как правило, некоторый запас мощности предусматривается, например, для последующей установки фильтров) необходимо прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установления правильной рабочей точки - середина характеристики Q (Н).

Монтаж, как и выбор насоса, должны осуществлять подготовленные специалисты, монтажная компания должна иметь лицензию на установку данного оборудования.

Защита скважинного насоса

Еще до выбора и приобретения насоса необходимо получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Это особенно важно при выборе импортного насоса. Все поставляемое из-за рубежа оборудование соответствует в первую очередь промышленным нормам страны-производителя. Так для всех немецких насосов допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет от +6 до -10%. Несмотря на все встроенные защиты, насос не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, все возможные просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электродвигателя. Здесь следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов также от неполнофазных режимов работы. Не рекомендуется устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт может превышать номинальный в 4,4 раза! Для стабилизации напряжения в пределах рабочего диапазона при таких скачках потребуется стабилизатор с пятикратным запасом мощности (точнее выбор проведут производители стабилизаторов). Иногда для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, чем корректную работу однофазного насоса.

По статистике около 85% отказов происходит именно с электрической частью насоса. Основной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора вследствие перегрева из-за гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. И того и другого можно избежать, установив надлежащую токовую защиту. Обычный пускатель с токовой защитой вполне справляется с этой задачей, однако некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. Итог такой халатности несложно подсчитать: придется заплатить за подъем насоса из скважины, его ремонт (цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Сумма может превысить стоимость нового насоса.

Словарь терминов:

Напор - избыточное давление, создаваемое насосом.

Расход - объем воды перекачивающим насосом в единицу времени.

Рабочая точка - точка пересечения кривой характеристик насоса Q (H) с характеристикой сопротивления трубопровода SQ2, соответствующая действующим значениям напора и расхода при работе на конкретную систему водопровода.

Дросселирование - создание дополнительного сопротивления на напорном трубопроводе.

Рабочая характеристика - график зависимости рабочих параметров насоса - напора и расхода Q (H).

Мощность на валу - потребляемая насосом мощность

Статический уровень - постоянный уровень воды в скважине

Динамический уровень - уровень воды в скважине, устанавливающийся при откачке удельного расхода

Дебит скважины - стабильный расход воды, обеспечиваемый скважиной.

Часть 1: Тип гидравлической системы.

Насосная система - достаточно условное, обобщающие понятие, принятое для обозначения совокупности систем и групп оборудования используемых в искусственных напорных гидравлических системах.

Насосная система включает в себя трубопроводную систему, группу насосов, систему управления, диспетчеризации, запорной и регулирующей трубопроводной арматуры.

Соответственно, говоря о типах насосных систем, мы говорим и различных сочетаниях различных типов подсистем, выполняемых насосной системой задач.

Рассмотрим влияние отдельных подсистем и их видов на эффективность и надежность насосной системы в целом…

Первое, что нужно учитывать при анализе существующей насосной системы или проектировании новой, это тип гидравлической системы , который коррелирует с характером выполняемой задачи.

Обычно выделяют два вида гидравлических систем:

1. Закрытые (с закрытым контуром)

2. Открытые (с открытом контуром)

Закрытая гидравлическая система — это система циркуляции по закрытому для связи с атмосферой контуру.

Примером закрытой гидравлической системы является циркуляция в контре системы отопления/кондиционирования (рис. 1):

Основная особенность закрытой гидравлической системы — это отсутствие статической составляющей напора.

Открытая гидравлическая система — это система имеющая связь с атмосферой, выполняющая задачу перекачивания жидкости между двумя, имеющими геодезический перепад точками

Основная особенность открытой гидравлической системы — это наличие геодезического перепада высот между исходной и целевой точками перекачивания, т. е. наличие статической составляющей общего напора.

Примером открытой гидравлической системы являются системы водоснабжения, напорной канализации, дренажа.

Каким же образом, влияет тип гидравлической системы на эффективность и надежность насосной системы в целом?

Для того, чтобы это понять, необходимо вспомнить такое понятие как КПД насоса.

На рис. 2. представлена рабочая характеристика насоса с указанием номинальной рабочей точки.

Номинальная рабочая точка, характеризует производительность насоса в точке максимального КПД насоса (графически — проекция из очки максимального КПД на кривую характеристики насоса).

Максимальная эффективность насоса достигается при работе именно в точке максимального КПД (что в целом должно быть очевидно)

Об этом необходимо помнить при анализе эффективности системы и при подборе насосного оборудования для вновь проектируемой системы.

(На представленной диаграмме мы видим номинальную точку: расход: 323 м 2 /ч, напор — 46,35 м, КПД насоса — 82,6%)

При проектировании новой системы определяется расчетная рабочая точка . Она не всегда ложиться непосредственно на кривую характеристики насоса, но она должна быть обеспечена при работе насоса (быть ниже кривой характеристики).

Фактическая же рабочая точка , будет на пересечении кривой характеристики насоса и кривой гидравлического сопротивления системы, проходящей через расчетную рабочую точку. А вот вид кривой характеристики системы, как раз и зависит от типа применяемой гидравлической системы (закрытой или открытой).

Гидравлическая характеристика системы — это кривая гидравлического сопротивления трубопроводов (динамическая составляющая напора ), скорректированная с учетом напора, необходимого для преодоления геодезического перепада высот в систем (статическая составляющая напора ).

Гидравлическое сопротивление растет с ростом расхода по квадратичной зависимости.

Какие же будут различия закрытой и открытой гидравлических систем?

Как мы уже говорили, основное отличие закрытой и открытой системы заключается в статической составляющей напора. В закрытой системе её нет… Т.е. высота между различными точками трубопроводов в закрытой системе значения не имеет.

Проиллюстрируем на конкретном примере:

Допустим расчетная рабочая точка насоса — расход: 280 м 2 /ч, напор — 35 м.

Вот как будет выглядеть кривая характеристики насоса, кривая характеристики системы и результирующая фактическая рабочая точка в закрытой системе(рис. 3):

На рис. 3., мы видим:

Нашу расчетную точку (расход: 280 м 2 /ч, напор — 35 м).

-характеристику насоса (синяя линия)

-характеристика системы (Красная линия) — это кривая гидравлического сопротивления трубопроводов

-кривая КПД насоса (черная линия)

Как мы помним, максимальная эффективность насоса достигается в номинальной рабочей точке, соответствующей точке максимального КПД (нашем примере: расход: 323 м 2 /ч, напор — 46,35 м, КПД насоса — 82,6%)

Фактическая же точка в закрытой гидравлической системе в данном примере имеет параметры: расход: 322 м 2 /ч, напор — 46,45 м, КПД насоса — 82,6%.

Т.е. мы фактически попали в точку максимального КПД (расход и напор отличаются от номинальных незначительно, КПД полностью соответствует). С точки зрения надежности насоса это достаточно хороший подбор. Этот насос в этой конкретной системе будет работать долго и безотказно.

Однако, для достижения максимальной эффективности, при подборе нужно стремится, чтобы фактическая рабочая точка было максимально близко к расчетной

Такой подбор насоса, как в нашем примере оправдан только в том случае, если кривая характеристики ближайшего меньшего типоразмера насоса оказывается ниже расчетной точки. Для целей данной статьи, мы принимаем, что мы имеем именно такой случай.

В открытой системе картина будет отличаться на столько, на сколько велика статическая составляющая напора.

Статическая составляющая напора — это давление, необходимое для преодоления геодезического перепада в системе. Этот перепад, в отличие от гидравлического сопротивления системы, есть независимо от расхода в системе и нам всегда надо преодолевать этот перепад.

Статическая составляющая не зависит от расхода, как динамическая.

Соответственно, для нахождения фактической рабочей точки насоса, нам необходимо скорректировать кривую характеристики системы с учетом статической составляющей.

В этом случае, кривая характеристики системы строиться уже не из ноля координат, а из точки на оси напора, соответствующей его (напора) статической составляющей.

На рис. 4. представлена кривая характеристики открытой системы со статическим напором 5 м (геодезический перепад высот) с той же расчетной рабочей точкой (расход: 280 м 2 /ч, напор — 35 м).

При той же расчетной точке, фактическая рабочая точка уже сдвигается… расход: 327 м 2 /ч, напор — 45,98 м. КПД уже падает на 0,1% (82,5%)…

Если геодезический перепад будет значительным — параметры фактической рабочей точки могут измениться критически!

На следующей диаграмме (рис. 5) представлена система с все той же расчетной точкой 280 м 2 /ч, 35 м, но со статической составляющей напора в 27 м.

Как видно, фактическая точка отличается значительно (расход: 372 м 2 /ч, напор — 41,2 м. КПД упал уже на 2%) и опасно приблизилась к краю рабочей характеристики насоса.

Если статическую составляющую принять — 29 м, то фактически этот насос в такой системе работать уже не будет…

Как видно из рис. 6, программа подбора характеристику системы уже не строит…. Фактической рабочей точки на кривой характеристики насоса просто нет…

Неработоспособность насоса в системе, это хоть и самая серьезная, но только одна из опасностей невнимательного отношения к типу гидравлической системы и игнорирования статической составляющей напора.

В данном примере насос работать просто не будет, и неправильный подбор будет налицо… Есть с кого спросить...

Есть и другие случаи, которые не столько очевидны, но имеют не менее серьезные последствия… И неочевидность их лишь усугубляет решение проблем, которые, порой, длятся годами...

Еще два момента необходимо учитывать:

1. Если фактическая рабочая точка насоса далеко от номинальной, а, соответственно, от точке максимального КПД насос, то имеет место очевидное снижение эффективности насосной системы. В нашем примере снижение КПД не велико, однако не все электродвигатели имеют такую пологую кривую КПД, и отклонения от точки максимального КПД насоса может повлечь значительное снижение КПД насоса (на 10 и даже 20%).

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется материальным и энергетическим балансом.

Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса расходу во внешней сети. Энергетический баланс – равенством напора насоса напору, используемой сети, который определяется по соотношению: H = H г + H св + h вс + h н .

Потери напора во всасывающем h вс и напором h н трубопроводах могут быть выражены формулой

h = h вс + h н = SQ 2

где S – сопротивление системы трубопроводов заданных длин и диаметров; Q – расход воды через трубопроводы.

При работе насоса на конкретную сеть фиксированы не только длина и диаметр трубопроводов, но и высота подъема H г и свободный напор H св , а значит А= Н г + Н св величина для данной сети постоянная, следовательно, напор насоса может быть представлен функцией расхода H =А+ SQ 2 .

Определение рабочей точки насоса

Рабочая точка - это точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, является рабочей точкой системы и насоса . Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью.

Для того, чтобы определить расположение рабочей точки нужно нанести характеристики насоса и сети на один и тот же график. Точка пересечения этих графиков и будет являться рабочей точкой насоса, спровоцировав ее на оси координат можно определить напор насоса и его подачу при работе в данной трубопроводной системе.

График, на котором показаны характеристики насоса и сети , а также рабочая точка вы можете увидеть на рисунке ниже.

2. Подача воды в перекачку: схемы подачи, определение расстояние между пожарными автонасосами.

Перекачка воды на пожар осуществляется следующими основ­ными способами: из насоса в насос; из насоса в цистерну пожарной машины; из насоса через промежуточную ем­кость. В некоторых случаях используют сочетания этих способов в одной системе перекачки.

N ГОЛ = / SQ 2 где N гол - предельное расстояние от места пожара до головной пожарной машины в рукавах, шт.; H Н - напор на насосе пожарной машины, м; Z M - высота подъема (+) или спуск (-) местности, м; Z CT - высота подъема (+) или спуск (-) пожарного ствола или другого прибора подачи огнетушащего средства на основе воды, м; Н Р -напор у разветвления, равный Н СТ + 10, м; S - сопротивление одного рукава магистральной линии (см. табл. 4.5); Q - суммарный расход из стволов, подсоединенных к одной наи­более нагруженной магистральной линии, л/с.

После определения предельного расстояния до головной пожар­ной машины вычисляют расстояние между машинами, работающими вперекачку (длину ступени перекачки) в рукавах по формуле N М.Р = [Н Н - (Н ВХ ± Z M ) / SQ 2 где N М.Р - расстояние между машинами в системе перекачки в рукавах, шт.; Н Н - напор на насосе, Н ВХ - напор на конце магистральной рукав­ной линии ступени перекачки (принимается в зависимости от способа пере­качки), м; Z M -подъем или спуск местности, м

N СТУП = (N Р - N ГОЛ ) / N М.Р где N СТУП - число ступеней перекачки, шт.; N Р - расстояние от места по­жара до водоисточника в рукавах, шт.; N ГОЛ - расстояние до головной по­жарной машины от места пожара в рукавах, шт.; N М.Р - расстояние между машинами, работающими вперекачку (ступенями), в рукавах, шт.

В заключение определяют общее количество пожарных машин для перекачки воды

N М.Р = N СТУП + l .

При установке головной пожарной машины у места пожара расстояние принимают, как правило, 20 м или фактически оставшее­ся после определения предельных расстояний между ступенями пе­рекачки. При этом фактическое расстояние до головного автомобиля можно определить по формуле

N Г.Ф = N Р - N СТУП N М.Р где N Г.Ф - фактическое расстояние до головного автомобиля в рукавах, шт.; N СТУП - число ступеней перекачки, шт.; N М.Р - расстояние между маши­нами в системе перекачки в рукавах, шт